虚拟仪器卡在雷达性能测试中的应用

    摘要：本文以军用工控机为平台，采用通用和自行研制的专用PC虚拟仪器卡，构成一个集成化的雷达性能测试仪器，完成雷达发射机功率，接收机灵敏度等性能的测试，并给出了实现自动测试的软件表达。

    关键词：虚拟仪器卡  雷达  性能测试

雷达性能指标是雷达是否处于最佳工作状态的主要手段，它的标准如何将直接影响到雷达效能的发挥。为此，对雷达的主要性能指标应进行必要的测试。

传统的测试方法是利用随机配发的测试仪器进行，由于这些仪器是相互独立的台式仪器，且功能单一，通用性较差，在测试过程中对信号的处理主要是以模拟信号为主，测试步骤复杂，人为因素影响较大。随着计算机和集成电路的发展，一些智能测试仪器在雷达性能测试中相继得到应用，然而，大部分仪器仍需要外部计算机或内置处理器（8031、8051等单片机），若需要特殊模块（微波信号源等），仍需配备台式仪器，虽携带不便，但不适合野战条件下对雷达装备的技术保障。

为适应雷达装备性能测试的需要，我们研制了雷达智能性能测试系统，它是在军用工控机底板的ISA槽中插入万用表卡、示波器卡、功率计卡、噪声测量卡、微波信号源卡等PC虚拟仪器卡，由工控机进行统一管理，适时对数据进行采集、保存、处理，配以自动测试软件引导构成的智能化雷达性能测试仪器。

这样，一台仪器代替多种仪器，实现了多项性能指标的综合测试。并且在测试精度、测试方法、操作使用等方面都优于以前的仪器。

硬件组成

图1为基于便携军用工控机平台的雷达性能测试系统的硬件设备组成框图。

军用工控机

图2a为工控机的侧视图（内部已插入通用和专用虚拟仪器卡），机壳由超强钛铝合金组成，采用赛扬466处理器，64M内存，1个3.5“软驱和1个5.25”光驱，显示器为12.1 TFT LCD液晶显示屏，底板为8槽ISA无源底板（图2b），键盘是可分离式键盘，电源为200WAC电源。它是雷达性能测试仪器的主控计算机，用来管理整个系统，并且对各个虚拟仪器卡采集的数据进行综合处理，完成各个性能指标的测试。

多用表卡

型号：DMM-100；直流、交流电压量程：400mV、4V、40V、400V；分辨率0.1mV；电阻测量量程：400～40MΩ，分6档，分辨率0.1Ω；直流、交流电流量程：400mA、4A，分辨率0.1mA。它的功能主要是在程序的控制下，采集电压、电流、电阻等数据，并实现与工控机进行数据交换。

示波器卡

型号：Scope Card 220；2个通道；采样率：20Msa/s；带宽：2MHz；输入幅度：Max 300V+PK；阻抗：1MΩ，25PF。它的功能主要是在程序的控制下，采集信号波形，并实现与工控机进行数据交换。

微波信号源卡（自行研制）

工作频率范围：15G±400MHz，9450±200MHz；频率显示精度≤±5‰MHz；输出功率：9G>5mw，15G>1mw；电调衰减范围：9G，0～30dB，15G，0～20dB；衰减量显示精度≤±1.0dB。它的功能主要是在程序的控制下，产生符合测试要求的微波信号，并实现与工控机进行数据交换。

功率计卡（自行研制）

功率基准显示精度<1mw±1%；功率探头测量范围：GX2B-T2功率探头，100μw～50mw；小功率测量精度<±5%。它的功能主要是在程序的控制下，通过测试衰减后的小功率信号，自动转换成雷达发射机的实际功率，并实现与工控机进行数据交换。

噪声测量卡（自动研制）

固态噪声源频率范围：0.2～12.4GHz；固态噪声源超噪比：16dB+(对应频率的修正值)dB。它的功能主要是在程序的控制下，控制噪声输出大小，测试接收机的噪声系数，并实现与工控机进行数据交换。

雷达性能指标测试方法

利用性能测试专家知识库，由计算机控制操作引导界面，通过调用各种测试虚拟仪器卡，自动完成对雷达发射机功率，接收机灵敏度（或噪声系数）和动态改善因子等主要性能指标的测试。下面以接收机灵敏度测试为例说明测试方法。

灵敏度是接收机的一项重要质量指标，它表示接收机接收微弱信号的能力。接收机灵敏度通常以接收最小可辨输入信号功率Pmin来表示，为使用方便，还常以最小可接收信号功率相对于某一标定功率电平P0比的分贝数A来表示，即：

A=10lg（Pmin/P0）(分贝)

接收机灵敏度在测量时有两种定义。一是临界灵敏度，接收机线性部分（包括混频器、中频放大器）输出端达到信噪比1：1时，其输入端所需的最小信号功率Pmin。二是实际灵敏度，接收机输出达到距离显示器正常工作的最小信噪比时，其输入端所需的最小信号功率Pmin。对某种雷达接收机灵敏度测量中，具体是用哪种定义，及输出端信噪比是多少，应由生产雷达的工厂验收技术条件所决定。

雷达接收机输入端的最小可辨功率通常是很小的，一般在微微瓦的数量级，这样微弱的微波信号，用功率计测量是十分困难的。因此，在工程上接收机灵敏度的测量不是直接测量接收机输入端的最小可辨功率，而是采用一已知的标准功率源，经过精密衰减器加到接收机输入端，在保证输出端信噪比为某定值（如1：1）时，此标准功率（1mw）被衰减的分贝数A，作为此接收机灵敏度-A（dB/mw）。

接收机灵敏度测试方框图如图3所示。工控机自动实现虚拟仪器调用、数据处理和下面所需界面引导，完成接收机灵敏度测试。

*正确连接：微波信号源卡输出经精密衰减器、同轴测试电缆接到接收机输入端。接收机检波电流输出接到μA表输入。

*装定超始噪声电流：微波信号源卡不输出。接收机接电，增益置某规定值，μA表测出起始噪声电流INO。

*装安微波信号源卡频率、功率：调整信号源频率，使之与接收机调谐频率一致，μA表指示最大，并装定信号源输出功率为1mw，记录1mw时信号衰减Dm。

*确定输出端信噪比：增加微波信号源卡输出衰减，使μA表指示为2INO，即信噪比1：1。

*求和计算灵敏度：A=衰减器衰减值dA+测试电缆衰减dL+馈线损耗dT-Dm。

实现性能测试的软件表达

雷达性能测试靠测试引导软件来实现。图4为实现各种性能测试引导软件的程序流种图。整个程序为用户提供了一个集成化的测试环境和测试界面，测试者只需按测试界面的引导，就可自动完成雷达性能指标的测试。

在软件设计中，被测雷达、测试项目、被测雷达的各种性能指标测试所涉及的信息都建立了不同的数据库。在操作界面中，从数据库中读取被测雷达，选取所测试的雷达，出现该雷达要测试的项目，选择测试项目，进入测试步骤，首先以文字、视频、图片等多媒体信息提示操作都按测试要求把性能测试仪器连接到被测雷达上，完成之后，根据测试需要，同样以文字、视频、图片等多媒体信息引导雷达开机，测试仪器接电等，进行预热。然后根据测试项目的不同出现各种不同的虚拟仪器卡的虚拟面板，根据提示对虚拟仪器进行操作，在操作虚拟仪器过程中，根据不同的被测性能指标要求对需要的数据进行采集、读写和计算，并显示测试结果。最后根据测试结果对雷达的性能作出评估，给出专家意见。在程序设计中，由于运用了大量的数据库，因此增加了该仪器的可扩充性、修改性和开发性，为软件的升级和扩充提供了很大的方便。

结束语

以军用工控机为平台，结合PC虚拟仪器卡研制的雷达性能测试仪器，均采用标准化的模块，由计算机对数据自动采集、处理、显示，保证了系统的高可靠性，提高了测试速度和精确性。实践证明，PC虚拟仪器卡在雷达性能测试仪器中的应用，在克服现有的雷达测试仪器缺点的同时，将高科技含量的现代测试技术与计算机技术融与一体，强化了测试功能，优化了人机界面，创造了可观的军事效益和经济效益，使雷达性能测试工作升了一个新水平，为自动化程序低且功能单一的分离式雷达测试仪器的更新换代开辟了新的技术途径。